机械结构设计基础知识精品(七篇)

序论：写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隐藏在内心深处的真相，好投稿为您带来了七篇机械结构设计基础知识范文，愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂，助力您的创作。

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关键词：《机械设计基础》课程；教学过程；学科指导思想

《机械设计基础》课程是工科类院校相关专业的一门重要的专业基础课，课程阐述了常用机构和通用零件的设计理论。通过长期的教学实践，我们总结出一套进行该课程教学的学科指导思想，具体内容是：在实施《机械设计基础》课程的教学过程中，要始终围绕培养学生设计能力这一中心，夯实学生设计计算和结构设计两个基础，搞好课程设计这一综合训练环节，做好理论授课、现场教学、动画演示、实验教学与制作“五位一体”的教学模式。课程组的教师在教学过程中，认真贯彻其学科指导思想，收到了满意的结果。现将本课程的学科指导思想阐述如下。

围绕一个中心：培养学生的设计能力

在开设本课之前，学生只学过制图、公差、金属材料及热处理、工程力学等课程。本课程的目的就是向学生讲授如何进行机械设计，教师要指导学生如何将前述课程的知识用于机械设计中，为后续专业课的学习奠定基础。设计过程是一个创新的过程，即设计是为了达到预期目的改进旧机械，创造新机械的过程。机械工程上涉及的零件、构件错综复杂。所以《机械设计基础》包含门类繁多的构件、机构、零件。如果没有一条清晰的主线，极容易使学生听得无头绪，造成理解上的混乱。所以在讲授该课程时，要紧紧围绕培养学生设计能力这条主线。不管是什么类型的零件，都遵循着相同的基本设计程序，即按工况选择零件类型，对零件进行受力分析，选择材料，确定是否热处理，分析失效形式，计算关键尺寸，直到进行结构设计。如果教师按这条主线讲授，学生按着这条

主线学习，就可以在繁多的理论中理出一条鲜明的脉络，使教师讲授有章可循，学生学习也带有明确的条理性。

夯实两个基础：设计计算与结构设计

《机械设计基础》课程有两大基础知识需要夯实：其中一个基础知识是设计计算的基础知识，其核心是针对设计对象的主要设计形式，确定设计准则，再通过相关的理论，或对未知的设计对象进行设计性计算，或对已知的设计对象进行校核性计算。无论是设计性计算还是校核性计算，都是围绕着设计对象的关键尺寸展开的。比如轴的危险剖面直径、带传动中带的根数、链传动传递的功率、齿轮齿面接触疲劳强度计算中的主动轮分度圆直径、齿轮齿根弯曲疲劳强度计算中的模数等。另一个基础知识是设计对象的结构设计，其核心是针对设计对象的定位、装拆、加工、改善工作条件等大量的工艺以及其他诸方面的知识。在学习时，学生往往只注意（或过分注意）机械零件的设计计算，忽略（或轻视）机械零件结构方面的设计，造成的结果是零件的关键尺寸或参数计算能力强，而零件结构设计能力弱，错误频出。比如普通螺栓联接的过孔问题，轴上零件与轴的定位问题，轴承和轴系的定位问题，主从动带（链）轮的相互位置问题，轴开卸荷槽以及减少零件的应力集中的问题等，在学生的毕业设计中全暴露了出来。以上问题，虽显得细小繁杂，但对机械设计至关重要。

把握一个综合训练环节：课程设计

《机械设计基础》课程是由基础课向专业课过渡的桥梁课，多门课均交汇于该课程上。故讲完本课程后，应对学生进行一次综合性训练，这个环节就是课程设计。通过课程设计，可以使学生将机械设计基础和相关课程的知识融会在一起，利用手册、查阅资料，使用标准、规范自行设计简单机械。教师通过讲座，将设计任务下达给学生，指导学生按机械设计步骤进行计算，画草图、装配图、零件图，编制说明书最后完成答辩。这个过程还是围绕培养学生设计能力这个中心开展的，也是为将来学生的毕业设计以及参加工作后的实际设计进行的首次演练。通过编写说明书锻炼学生的设计计算能力，通过绘制装配图和零件图锻炼学生的结构设计能力，并且要把对学生这两种能力的锻炼有机地结合，用以提高学生的综合设计能力。所以课程设计是继《机械设计基础》课程之后对学生设计能力的再提高。我们在指导学生课程设计中做到单题单做、手绘和机绘结合、教师指导与学生自行设计结合、参考资料与创新设计结合，取得了较好的效果。

实施“五位一体”的施教模式：理论讲授、

现场教学、动画演示、实验教学及制作

通过长期的探索改革，我们走出了一块黑板一只粉笔式的单一课堂讲课的圈子，归纳出一套“五位一体”的施教模式，提高了教学质量。

理论授课这是《机械设计基础》课程的基本讲授方式。由教师利用合适的教学方法（如比较法、归纳法、空白艺术等）在课堂上讲授课程的基本概念、重点、难点。

现场教学刚刚接触机械设计课的学生对课程中所涉及的各种机构和零件缺乏感性认识。若在理论授课的同时，安排必要的现场教学，则会起到事半功倍的效果。比如让学生现场观察牛头刨床的工作过程，同时介绍曲柄摇杆机构、棘轮机构及螺旋传动机构组成的牛头刨床工作台横向进给机构的工作原理，由摆动导杆机构组成的牛头刨床滑枕移动机构的工作原理，然后再讲授这些机构相应的理论知识。如不能去现场，尽量将实物摆在学生面前进行讲授。这样的教学可使学生接受迅速、理解透彻、掌握牢固。

动画演示现代教学已非常广泛地融入了多媒体课件技术。在《机械设计基础》课程的教学中，应将某些重点、难点制成Flash课件，用动画的形式演示给学生。比如槽轮机构的工作原理、带传动的弹性滑动、链传动的多边形效应、齿轮啮合过程的相对滑动等等。这些内容若只靠课堂讲授，则显得空乏费解，利用Flash技术，将其转换成动画演示，由此将空洞的静态教学变为形象的动态教学，让学生听得自然贴切，其思路会立刻融入到教师所讲授的知识中。

实验教学机械设计基础本身就是一门实践性很强的课程。教师一定不要仅局限于课堂教学，还应该重视课堂外的实践教学环节。除前面已陈述的现场教学外，实验教学亦是一种重要的实践教学方式。通过实验教学，一方面使学生印证课堂上所讲的理论知识，比如减速器装拆及性能实验、弹簧的示性线测试实验等。另一方面也是更重要的是教会学生掌握一套完整的机械设计的实验方法，即掌握一套机械设计领域的基本的科学研究的手段，比如通过摩擦、磨损性能实验，由学生自行设计实验程序，制作试件，调整实验设备，采集相关参数的数据。像这种综合性、设计性实验将为学生的今后提供可持续发展的动力。

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引言

模具是一种技术密集、资金密集型产品，在我国国民经济巾的地位也非常重要。模具工业已被我国正式确定为基础产业，并在“十五”中列为重点扶持产业。由于新技术、新材料、新工艺的不断发展，促使模具技术不断进步，对人才的知识、能力、素质的要求也在不断提高。

根据社会发展对模具专业学生的新要求以教学生的实际情况，探圳大学工程技术学院对99级模具设计方向学生的毕业设计的进行了较大的改节，并取得了较好的效果。

2模具专业学生培养目标

深圳大学模具设计专业隶属于深圳大学工程技术学院机械制造及其自动化专业，主要是从事注射模的设计与制造。为了明确本方向的培养目标，我们对珠江三角洲，特别是深圳周边地区模具企业进行了比较广泛的社会调查，调查结果表明，用人单位要求毕业生有较高的思想品质和道德修养，爱岗敬业和较好的与人协调共事能力，要求毕业生基础理论扎实，着重基本技能的掌握和再学习能力，要求毕业生熟练掌握外语，有一定的计算机软件应用和开发能力。

根据调查结果分析，我们把模具专业人才培养的规格定位于：面向各类型企业，培养爱岗敬业，具备机械及各类模具设计与制造基础知识，具有较强的再学习能力和创造能力，能在模具生产第一线从事模具设计制造、技术开发、应用研究和经营销售的应用型工程技术和管理人才。据此把拓宽专业口径，课程体系合理，教学内容优化、实验研究能力强，社会适应面宽，作为本方向教学的基本指导思想，将模具设计理论、实践与及计算机应用融合为一体。

3计算机技术在注射模中的应用领域

塑料产品从设计到成型生产是一个十分复杂的过程，它包括塑料制品设计、模具结构设计、模具加工制造和塑件生产等几个工要方面。它需要产品设计师．模具设计师、模具加工工艺师及熟练操作工人协同努力来完成，它是一个设计、修改、再设计的反复迭代、不断优化的过程。传统的手工设计已越来越难以满足市场激烈竞争的需要。计算机技术的运用，正在各方面取代传统的手工设计方式，并取得了显著的经济效益。计算机技术在注射模中的应用主要表现在以下几个方面：

(1)塑料制品的设计：基于特征的三维造型软件为设计者提供了方便的设计平台，而且制品的质量、体积等各种物理参数为后续的模具设计和分析打下了良妤的基础。

(2)结构分析：利用有限元分析软件可以对制品的强度、应力等进行分析，改善制品的结构设计。

(3)模具结构设计：根据塑料制品的形状、精度、大小、工艺要求和生产批量，模具设计软件会提供相应的设计步骤、参数选择．计算公式以及标准模架等，最后给出全套模几结构设计图。

(4)模具开合模运动仿真：运用CAD技术可对模具开模、合模以及制品被推出的全过程进行仿真，从而检查出模具结构设计的不合理处，并及时更正，以减少修模时间。

(5)注射过程数值分析：采用CAE方法可以模拟塑料熔体在模腔中的流动与保压过程，其结果对改进模具浇注系统及调整注塑工艺参数有着重要的指导意义，同时还可检验模具的刚度和强度、制品的翘曲性、模壁的冷却过程等。

(6)数控加工：利用数控编程软件可模拟刀具在三维曲面上的实时加工过程并显示有关曲面的形状数据，同时还可自动生成数控线切割指令、曲面的三轴，五轴数控铣削刀具轨迹等。

目前，国际上占主流地位的注射模CAD软件有Pro/E、I-DEAS、UGⅡ、SolidWorks等；结构分析软件有MSC、Analysis等；注射过程数值分析软件有MoldFlow等；数控加工软件有MasterCAM、Cimatron等。

4模具专业毕业设计模式

模具专业的学生要求综合知识和实践能力较强，它既是学生大学四年所学的机械制图、工程材料、公差配合与技术测量、塑料成型工艺与设备等技术基础课、专业课的综合应用，又需要学生了解大量的实践经验。

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关键词: 《数控加工技术》 总体建设思路 网络课程 层次性设计

1.引言

随着现代教学手段的普及与推广,网络课程教学越来越受到重视,并且各学校都建设了一批网络课程用于教学实践。网络课程是通过网络表现的某门学科的教学内容及实施的教学活动的总和,它包括按一定的教学目标、教学策略组织起来的教学内容和网络教学支撑环境两个组成部分。深刻理解教学目标和采用适合网络教学特点的教学策略对教学内容的设计尤其重要。教师在设计网络课程教学时,要特别把握网络教学中教与学分离特点,通过对教学内容的合理设计,充分利用多媒体的交互作用,实现在多媒体交互下的教与学的有机结合。教学活动中信息接受的层次性也是认识论所提出的认识反复性和认识的无限性的实践过程。所以教师在网络课程结构设计中要注重层次性设计。

2.《数控加工技术》网络课程的总体建设思路

《数控加工技术》是工科机械类专业中机械设计制造及自动化、模具设计与制造、机电一体化、数控等专业的一门主要专业课程之一,是一门实践性很强的、面向生产现场的应用型专业课程。根据实践中相关网络课程的建设应用情况发现,在这类应用型专业课程网络课程建设中,相对于一些理论性或基础性课程的网络课程建设,多媒体素材准备较为困难(如一些设备结构展示、现场操作视频等),往往造成建设的网络课程与书本内容相差不大,知识容量有限,进而在应用中学生感到乏味,不能够达到促使学生主动性和探究性学习的目的。根据这些经验和该课程的性质,我们制定了《数控加工技术》网络课程的总体建设思路:在课程教学大纲的规定教学目标指导下,充分发挥网络课程媒体承载丰富的特点,在教学内容、学生自主学习策略、学习环境等方面充分考虑层次性设计。

3.层次性设计的思路与实现

网络课程的教学是通过以多媒体素材的教学内容网页展示和作为教学对象的学生主动学习的过程来实现的。所以在该课程中教师应充分考虑教学对象和教学内容的层次性,从而达到较好的教学效果。

3.1教学对象的层次性

从传播学的角度来看,网络课程教学就是通过网络进行信息传播的过程。在该过程中,为了保证信息传播效果,教师必须对信息接受者进行分析,了解其对信息的初步认识、基础知识、学习准备等,为网络课程设计中进行教学内容选择和组织、教学策略设计与教学评价的设计提供参考依据。教学对象不同,其学习态度、起始能力和个性特征也不同,这些能力和特征影响着教学效果。

数控加工技术课程教学对象包括多个专业方向多个层次类型的学生,比如已经初步学习过部分专业知识的专升本学生和普通本科类学生等,这些学生在前期课程设置、基础知识掌握程度等方面都存在一定的差别。即使是同一个专业方向的学生也存在基础知识掌握、独立主动学习能力等各方面的层次性差异,所以在网络课程设计中教师要充分围绕适应各个层次的教学对象进行考虑,达到网络课程的内容具有面向各专业教学对象的适用性,使不同层次的学生在课程中能够充分发挥学习的主动性,对本专业需要掌握的课程知识内容进行学习。

3.2教学内容的层次性

结合教学对象的层次性,合理制定和设计教学内容是保证教学效果的前提。在网络课程中,教学内容主要通过多媒体介质的信息传递来实现,不具有课堂教学中由老师进行灵活调整教学内容的优点。所以在网络课程设计中教师必须在充分分析学生通过网络学习的心理基础上更加细致地对教学内容进行设计。

数控加工技术是一门建立在传统机械加工基础上的现代制造技术形式,所以掌握好该门技术要具备较为广泛的知识储备,比如工程材料基础、机械制造技术基础、金属加工工艺学、公差与配合等个方面的基础知识。除此之外还要具有计算机应用、机械工程检测技术等方面的专业知识。所以在对该网络课程教学内容进行设计时,教师应根据教学对象的层次性要求,对教学内容进行分析整理,充分体现各个层次教学对象的知识需求,相应设置各个教学内容模块,使不同的学生在通过网络课程的学习过程中都能够得到适合自己需要的知识。

3.3网络课程中层次性设计实现

在建设《数控加工技术》网络课程的过程中,根据教学对象和教学内容的特点要求,教师应充分利用网络教学的特点,利用不同的模块设置和模块内的知识延伸网络链接设计,使学生在学习过程中能够根据自己的需要和兴趣找到自己要学的内容,并且能够通过网络链接方便地从网络上得到需要补充的基础知识和希望了解的延伸知识。在这个思想指导下,教师应设计具有知识难度和知识广度的层次性网络课程的结构组成,主要包括:自主学习功能模块、辅导答疑功能模块、作业功能模块、讨论学习功能模块、自测与练习功能模块、虚拟仿真操作模块等。通过这些模块,学生能从基础知识准备、基本知识点掌握、理论应用与实践等方面进行学习。其中自主学习模块是“数控加工技术”网络课程的核心部分。自主学习模块体现了教学对象在网络课程中的自主学习的思想。在这方面我们通过以下子模块实现:①网络课程知识体系的导航。②学习指南。③相关资源子模块。如图1所示为课程学习首页。

4.结语

充分考虑课程中的层次性结构设计,我们所建设的《数控加工技术》网络课程,经过省教育厅组织的验收,结论为:通过,良好(豫教高2005618号)。并经过多年的应用与改进,受到了学生的欢迎,作为本门课程主要的辅助教学手段,对提高教学效果起到了重要的促进作用。

参考文献:

[1]现代远程教育资源建设技术规范.教育部现代远程教育资源建设委员会,2000.5.

[2]伍新春编.高等教育心理学[M].北京:高等教育出版社,1998.8.

[3]李力.教学活动中信息接受的层次性与体态信息反馈的功能性[J].长春大学学报,2000.6,VOL10,(3).

项目基金:河南省网络课程工程建设首批资助建设项目

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关键词 金属结构；课程建设；理论教学；实践教学

中图分类号：G642.3 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2014）06-0057-02

Creation and Construction National Quality Curriculum to Achieve Combination of Theory and Practice//XU Gening

Abstract The purpose of the curriculum construction is to improve the quality of teaching quality by providing students with the high quality teaching resources. Exploration and practice are carried out from curriculum， teaching theory， practice teaching， teaching team construction and textbook building to other aspects combining with “metal structure” curriculum construction， and a landmark achievement is made.

Key words metal structure； curriculum construction； theory teaching； practice teaching

太原科技大学是以工科为主的多科性大学，以机械类和近机械类专业为主导，自1965年成立起重运输机械、工程机械、矿山机械专业以来，将金属结构课程定为机械类专业方向必修的主干专业基础课（起重机械、工程机械、矿山机械、物流工程、安全工程）。在校、院和系领导的高度重视和课程教学团队的共同努力下，本门课程已经成为学校水平高、影响大、覆盖宽、教师和学生高度重视、教学质量稳定、教学效果好的课程之一。金属结构课程建设以培养高等工程技术应用型人才为目标，坚持“注重理论研究，强调工程概念，加强实践环节，激发创新意识，重视能力培养”教改思路；经过多年探索和建设，发挥该校机械设计制造与自动化专业创建、发展过程中的优势，突出课程体系、教学内容、教学手段和教材建设等几方面改革实践，已形成一套科学、系统、有效的教学新模式，具有鲜明的特色。2009年金属结构课程被评为省级精品课程，2010年金属结构课程被评为国家级精品课程，2013年扩展为山西省精品资源共享课。

1 金属结构课程体系改革

理论教学体系改革 建立以现代机械结构有关的理论及方法为基础，侧重学生工程素质、综合应用和创新设计能力培养的课程体系。根据这一新体系，注重加强与拓宽基础、加强工程背景、有利于学生自主学习的原则，进行教学内容的整合、协调和优化。

实践教学体系改革 通过“基本实验能力的形成——分析（设计）与综合能力的训练——创新精神的培养”构建实践教学体系。课程新体系注重理论教学与实践教学并重、各教学环节有机衔接和整体优化，形成了课堂教学、实验教学、课程设计一体化的教学体系。

2 理论教学改革与实践

改革以教师、课堂、书本为中心的知识灌输传授方法，采用以教师为主导、学生为主体的多种形式，注意教学互动与交流，促进学生积极思考，激发学生的创造性思维 具体做法：加强课程联动环节——将专业基础课中的基本模型、基本理论、基本方法、基本规律与专业课中的典型机型的典型构件、典型工况的典型载荷、典型模型的典型分析及典型步骤联动对应，打通课程的内在联系，承上启下地解决课程的重点、难点问题；加强课堂互动环节——提问、回答、讨论、报告——解决课程的重点、难点问题；加强课程内外结合环节——问题、例题、习题、解题——解决课程的重点、难点问题。

坚持课堂教学和案例教学相结合 以工程问题为背景，将行业标准、规范、案例分析融入相关教学内容中进行讲授，培养学生工程能力，拓宽学生知识面。

坚持课程教学与专业、科研有机结合 金属结构课程覆盖的专业和方向宽泛。教学过程中，在严格按照教学大纲进行授课的基础上，针对不同专业和方向，调整教学内容。将本课程的基本概念、基本理论和相关专业方向后续专业课程有效衔接并有机联合。对于起重机械、工程机械专业方向的学生，强化机械系统中的动力学部分以及零部件疲劳强度计算等内容，使学生认识到如何运用所学知识来解决系统中动力学及零部件疲劳强度问题，从而提高系统的安全性和可靠性。对于特种设备安全工程、物流工程等专业的学生，除了讲解金属结构的基础知识以外，注重讲解一些现代设计理论、零部件维修性能等，使学生能够将现代设计理论和本专业知识有机结合，如将通过可靠性设计以确定设备寿命和维修周期，保证设备安全性等有关知识溶入教学中。通过上述方式，实现了该课程和后续专业课的有机结合，充分发挥了该课程的作用，让学生看得见、摸得着、用得上，将课堂知识真正落到实处，为后续专业课程提供了坚实的基础。

3 实践教学改革与实践

实践教学环境建设 与金属结构课程相关实验室属机械实验教学中心。机械实验教学中心是国家实验教学示范中心、山西省虚拟仿真实验教学示范中心。金属结构课程相关实验室建设紧密跟踪行业和制造业的发展，适时将科研成果转化为教学资源，如自主设计具有工程背景的实验系统（设备）：机械传动、力学行为、调度管理试验系统及大型结构疲劳综合实验台等。实验系统（设备）集结构、光电、机械、控制、仿真、调度、管理于一体，体现多学科知识融合的系统集成；可开设虚实结合的设计创新性实验项目，实现工程教育回归工程的目标。

实验教学改革与实践 以国家示范实验教学中心，构建以综合、设计、创新能力培养为中心的“分层次+开放式”的实验教学新模式。“分层次”是将实验分为三个层次（基础型、分析与综合型、创新与设计型），不同层次实验采用不同的教学方法和手段。“开放式”是将实验项目、内容、时间面向学生全面开放，为学生个性化培养提供自由发展的平台和空间，真正体现以学生为主体、教师为主导，实现了由验证性实验向设计实验、单一性实验向综合实验及具有工程背景实验的转变。

合理设置相关的实验项目，引导学生在实践中掌握课程的重点和难点。在教学中紧密联系工程实际，逐步形成独有的实验和实践教学特色，将教学、工程和科研紧密结合，以科研支撑教学，以教学促进科研。如将国家重大技术装备科技攻关项目——“桥式起重机主梁疲劳设计与实验研究”的成果列入本科生的“金属结构疲劳实验”内容。

课程设计改革与实践 在课程设计中着重解决如何提高学生的综合设计能力、创新能力和工程实践能力，开展创新设计活动，调动学生设计思维。充分利用创新实验室的仪器、设备及虚拟仿真示范实验教学中心中面向工程实际的实用软件，使学生能将现代设计理论及方法应用于设计中，实现了课程设计与工程实际有机结合。鼓励学生直接参加教师的科研课题，并作为本课程的课程设计题目，将所学的基本知识直接应用于工程实际中。

4 课程教学团队建设

高水平的师资队伍建设是精品课程建设的根本保证。课程负责人为全国优秀教师、省级教学名师，在国内本领域具有较高的知名度。课程教学团队由7位教师和1位专职实验师构成，其中，博士生导师1人，硕士生导师3人，教授3人，副教授2人，讲师2人，高级实验师1人；7位教师中，博士研究生学历3人，在读博士研究生2人。为提高青年教师的教学水平，实行培养导师制、听课制度和学位提升制，保证持续稳定提高教学团队的整体教学和学术水平。

近年来，承担国家、省部级教改项目7项，获山西省教学成果奖3项，承担国家、省部级科研项目7项，获省部科技进步奖3项，在本领域具有较高的教学水平、学术水平和行业知名度。

5 《金属结构》教材建设

教材建设特色优势显著，起步最早，历史悠久，注重传承，不断创新。国内第一部教材是学校老专家徐克晋教授主编的《起重运输机金属结构》1962版，奠定了我国金属结构课程的基础。之后陆续主编再版《金属结构》1982版、1993版，1987年获机械工业部全国高等学校优秀教材一等奖，1988年获全国高等学校优秀教材奖。1997年由徐格宁教授主编《起重运输机金属结构设计》，精练了前续教材内容，突出了实用性，在全国本领域高校、研究所、生产企业使用了12年，有上百家企业和部分国家重点工程（如三峡工程的1200吨桥式起重机、西气东输工程的DG70吊管机、SD8高驱动架推土机研制）以及本学科领域的学者、论文、教材所引用。2006年，《起重运输机金属结构设计》的第2版更名为《机械装备金属结构设计》。2009年，徐格宁教授主编出版国家“十一五”规划教材《机械装备金属结构设计》，既传承老教材的精华，又吸纳多年科研成果及主持修订的最新国家标准（2008年出版）的内容，实现了教学内容、科研成果和实际工程的有机结合。

6 结束语

通过课程建设，全面提高了教师的自身素质和教学质量。但课程建设是一项长期的工作，还需在实践中不断地探索和完善。

参考文献

[1]徐格宁，陆凤仪，孙大刚，等.创建地方高校国家级机械实验教学示范中心的探索实践[J].实验技术与管理，

2010（2）：1-3.

[2]徐格宁.构建地方高校实验教学大平台的探索与实践[J].实验室研究与探索，2010（5）：1-3.

[3]陆凤仪，徐格宁，朱建儒，等.机械设计基础实验教学示范中心建设与教学改革[J].实验技术与管理，2006（2）：

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根据“重点高等工科院校系列课程改革指南”，机械制造专业的教学改革，必须紧跟机械制造行业的发展，突出工程技术教育的特点，同时要面向市场需求，力求培养出具有良好综合素质、体现行业特色、具有创新能力的复合型、应用型专业人才。而传统的机械制造专业课程体系的课程设置单一，知识面和专业面窄，课程难以形成完整的体系，教学内容陈旧，教学方法和教学手段落后等。为了改变这种状况，适应当今社会对机械工程专业人才的需求，培养出基础扎实、知识面宽、创造能力强、素质高的机械工程人才，调整教学内容及改革课程体系势在必行。“课程教学”是最基本的教学建设。学生掌握专业知识和实践能力，是通过严格学习一系列课程实现的。课程是决定教学质量的最基本的因素，课程的选择和课程的质量直接影响培养目标的实现。“工程实践”是高等工程教育的基石，只有通过大量的实践课程，强化实践训练，课程教学才能有的放矢。“课程教学+实践平台”的课程体系的实质：围绕着“厚基础、宽知识、重个性、强能力、高素质”的人才培养目标，学生在制造模块机械加工过程的整体知识，通过“课堂教学”拓宽知识，通过“实践平台”包括实验、实习、设计及工厂调研来更好地体会并加深理解，提高动手能力，使学生了解产品从设计、分析、制造、装配的全过程并从中得到锻炼，有效提高了学生实际应用能力、分析和解决工程问题的能力。适应社会经济环境的变化，培养在机械工程领域从事实际工作所需的具有知识、能力和素质的工程应用型人才及技术型人才。

1《.机械制造工程学》、《数控技术》课程群的构建

机械制造模块课程包括《机械制造工程学》、《机械制造工程学课程设计》、《生产实习》、《数控技术》、《专业方向课程设计》、《专业方向实践课》、《先进制造技术》等专业技术基础课及实践环节。“课程群”突破了过去单个教学过程的限制，内容上要扩展《机械制造工程学》的基础知识，根据需要重新规划、融合、调整，难点部分增加现场教学，增设必修和综合性创新实验，注重几门课程的有效衔接和消化吸收，弥补与后续课程的断层。

2.解决的关键问题

①《机械制造工程学》、《数控技术》课程群的建设。以《机械制造工程学》及《数控技术》课堂讲解为主线，扎实制造基础知识，《机械制造工程学课程设计》、《生产实习》使学生更好地理解和应用课本知识，具体分为以下几个方面：第一，协调各门课程知识体系，增补相关知识。金属切削过程知识比较抽象，难于理解，增加可视切屑形成过程与切削力测量实验。在原来只讲机床概论中传动分析的基础上增加机床结构与设计基础知识，拓宽机床部分的知识面，弥补与后续课程的衔接缺陷。第二，充分利用实验室资源，增加对各类机床传动及结构分析的现场教学，及柔性夹具创新性实验。第三，开展保定向阳精密机械厂与机械系共建实验室活动。（厂家生产的组合夹具、柔性夹具、精密平口钳等产品远销北美、西欧等地区。）把现代的夹具设计思想及产品引入到课堂中来。第四，培养“工艺型”应用人才。以课本中工艺学及夹具的基础知识为重点，整合本课程内容和课程设计所需知识，在生产实习之前布置课程设计的任务，提出课程设计所需知识及实习时到哪个厂家应该了解哪些东西，使学生在实习时有所看，回到课堂有所设计。

②制造模块实践平台的运用，培养应用型本三人才。第一，以“《数控技术》课程群”为基础，以《专业方向课程设计》、《专业方向实践课》为平台，培养“数控型”人才。提高学生综合分析能力及解决工程实际问题能力，培养在机械工程领域从事实际工作所需的具有知识、能力和素质的工程应用型人才及技术型人才。《专业方向课程设计》以机床主传动结构设计为导向，培养具有一定功能的完整结构部件设计严谨的思维方式。《专业方向实践课》主要以现代设计、造型、制造等软件的学习、应用为主线，锻炼学生运用在课堂所学加工制造及数控编程知识亲手加工、实体操作的能力。第二，鼓励部分学生在学习《生产实习》和《专业方向实践课》的时间或课余时间参与国家劳动部组织的各种取证工作，以获得证书换取两门课程的优秀成绩，提高各种加工实践操作能力。

二、机械制造模块课程体系

本三的机械制造模块以《机械制造工程学》课程群、《数控技术》课程为课程主线；以《生产实习》、《专业方向课程设计》、《专业方向实践课》为实践平台，构建“课程教学+实践平台”的课程体系，培育学生在制造模块机械加工过程的整体知识，通过课堂教学拓宽知识，通过实践平台包括实验、实习、设计及工厂调研来更好地体会并其加深理解，提高动手能力，使学生了解产品从设计、分析、制造、装配的全过程并从中得到锻炼，这便有效提高了学生的实际动手能力，使其适应社会经济环境的变化，培养在机械工程领域从事实际工作所需的具有知识、能力和素质的工程应用型人才及技术型人才。

1.课程体系的目标。完成各课程群的内容规划调整和有机融合，出版符合课程群体系的教材及开发教学辅助资源，注重几门课程的有效衔接和消化吸收，弥补与后续课程的断层。通过课堂教学拓宽知识，通过实践平台包括实验、实习、设计及工厂调研来更好地体会、加深理解，提高动手能力，使学生了解产品从设计、分析、制造、装配的全过程并从中得到锻炼，有效提高了学生实际动手能力、分析和解决工程问题的能力。

2.主要特色。第一，机械制造模块以《机械制造工程学》、《数控技术》课程群为主线；以《生产实习》、《专业方向课程设计》、《专业方向实践课》作为实践平台，构建“课程教学+实践平台”的课程结构体系。第二，以建构主义教育理论为指导，大力改革教学方法与教学手段。采用课堂讲授、讨论、自学、动手创新实验等多种教学形式并与多环节考评方法相结合，恰当运用现代化教学手段，激发学生的学习主动性。第三，尝试一种新的课堂讲解、生产实习和课程设计互补的课程群模式。通过课上讲解有目的地将生产实习和课程设计两部分衔接起来，学生通过实习了解行业的前沿知识，真实了解实际加工过程。打破生产实习、课程设计时间上固定顺序的限制，做到理解课本知识需要到实习地实习，按课程设计所需到实习地实习的新的课堂讲解、生产实习和课程设计互补的课程群模式。这样学生在生产实习时有的放矢，改变了原来走马观花、漫无目的的现象。

三、结论

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关键词：机械零部件性能试验；工程实践能力；创新意识

Practice and exploration of mechanical components performance test experimental course

Gao Liangfeng

Zhejiang university of science and technology， Hangzhou， 310023， China

Abstract： According to the mechanical components performance test of experimental teaching and practice， make some experience and later improvement and tentative idea， to cultivate the students' mechanical design concepts and innovative design consciousness， so as to improve the students' practical application ability of teaching objective.

Key words： machinery parts and components performance test； engineering practice ability； innovation consciousness

机械原理和机械设计的实验教学是课程教学的一个重要环节，对实现课程教学的目标起着不可或缺的作用。它是学生学习机械原理和机械设计、进行工程实践的重要途径，是培养学生理论联系实际、分析问题和解决问题的能力以及启迪学生创新思维、开拓创新潜能的重要手段。然而随着科学技术的发展和社会的进步，传统实验教学模式已不再适应高等学校培养高素质人才的需要。针对传统实验教学多以验证性为主、实验学时设置不合理等弊端，我院针对机械原理、机械设计课程的内容、特点及要求单独设置了机械零部件性能试验实验课程，相比以前的课程实验增加了学时数，为48学时，实验内容也做了很大的调整。

1 编写机械零部件性能试验教学大纲，合理设置实验项目及内容

根据机械原理、机械设计课程内容及以往的实验设置情况，我们主要开设1个认知实验、3个大实验项目。每一大项中再设置验证性、综合性、设计性、创新性的实验内容，以达到巩固专业基础知识的目的，从而进一步培养学生综合设计及工程实践能力，同时也激发学生的创新意识。

1.1 机械认知

这个实验主要是让学生参观机械原理、机械设计、机械创新设计陈列柜，通过观察分析各类机构、零部件及创新方法等，使学生对所学课程有更进一步的感性认知，同时激发对所学专业的学习兴趣。

1.2 机构分析实验及创意设计

实验主要内容为：（1）机构运动简图的测绘与分析： 要求学生分析机构，画出机构运动简图并计算自由度。主要目的是使学生掌握正确绘制机构运动简图的方法及机构自由度的计算方法，理解机构自由度的概念。（2）机构创新设计及模拟：要求学生自行设计机构运动方案，并进行机构组装、调试、运行及改进，最终确定方案。目的在于通过实验使学生灵活运用机构组合、机构演化与变异，创造性地设计、拼接机构。同时也提高了学生的实际动手能力，通过对方案进行结构分析、运动分析、动力分析及实际测定，检验设计的方案是否满足工作要求，培养学生对各种常见机构的综合运用能力及创新设计能力。通过机构的方案设计、机构的组装调试及模拟运行等使学生实际动手能力、团结协调能力得到较好培养，同时也培养了学生的创新意识和创新能力，激发和调动了学生的学习积极性和自主性，以及参加各类机械创新设计大赛的热情。

1.3 机械传动性能测试分析及创新组合

实验主要内容为：（1）各种典型机械传动装置并测试参数曲线及分析比较：要求学生分别组装带传动、链传动、万向节传动、蜗杆传动、齿轮传动等测试装置，并测试在传递运动与动力过程中的参数曲线，分析比较运动特点及优缺点。目的是使学生通过组装各种典型机械传动装置，并测试在传递运动与动力过程中的参数曲线，进一步分析比较各类传动的运动特点、优缺点及使用场合。（2）优化创新设计组合传动系统：要求学生创新设计组合传动系统，进行组装调试并测试各类参数，分析比较各类组合的优缺点，最终确定最佳组合传动系统。主要目的在于通过优化创新设计组合传动系统，进一步加强学生对传动系统的合理布置及优化、传动效率的提高等的创新设计意识，巩固学生的机械设计能力与工程实践能力。

1.4 机械零部件性能试验

实验主要内容为：（1）减速器拆装及轴系结构分析：要求学生正确拆装各类减速器，画出轴系结构图；了解减速器整体结构以及零部件结构特点和作用；测定减速器主要参数，如中心距、齿轮齿数、传动比、传动方式、判定输入、输出轴；确定斜齿轮或蜗杆的旋向及轴向力；观察轴承代号及安装方式；等等。目的在于通过对减速器的拆装、结构分析和对轴系结构测绘的过程，全面细致地观察齿轮减速器的整体结构以及零部件的结构特点，并了解它们是如何综合考虑满足功能要求、强度刚度要求、加工工艺要求、装配调整定位要求、密封要求以及经济性要求的，以达到理论联系实际，加深关于结构方面的感性认识，为能设计出较为合理的减速器打下良好基础。（2）渐开线齿轮范成及齿轮参数测定：要求学生用范成法原理加工变位齿轮与标准齿轮；用游标卡尺测定渐开线直齿圆柱齿轮基本参数。通过实验使学生掌握用范成法制造渐开线齿轮的基本原理；了解渐开线齿轮产生根切现象的原因和避免根切的方法；巩固并熟悉齿轮的各部分尺寸与参数的关系和渐开线的性质。（3）刚性回转件的动平衡测试：要求对刚性转子进行动平衡测试。通过实验使学生巩固动平衡知识，熟悉刚性转子动平衡的方法。（4）滑动轴承性能测试与分析：要求学生测试动轴承的特性曲线、径向油膜压力分布曲线与承载量曲线等。目的在于使学生了解滑动轴承的动压油膜形成过程与现象；了解滚动轴承、滑动轴承的特性、使用场合及各自的优缺点。（5）轴系结构创新设计：要求学生设计一轴系结构并组装，分析轴系结构设计是否合理，若发现错误或是不合理之处，应修改轴系结构设计方案，并重新组装轴系结构；绘制轴系结构装配图。目的在于使学生熟悉和掌握轴的结构与其设计，弄懂轴及轴上零件的结构形状及功能、工艺要求和装配关系；掌握轴及轴上零件的定位与固定方法；掌握轴系结构设计的要求与常用轴系结构；了解轴承的类型、布置、安装及调整方法，以及和密封方式等。

2 充足的实验课时，促使学生能深入到每个实验中去

传统的课程实验都是依附于课程的，实验学时往往都很少。如机械原理、机械设计课程实验总学时为14学时，分两个学期完成。由于课时少，只能安排一些最基础的验证性、综合性的实验。在实验中多以教师讲解为主，学生按照教师的指导完成实验，给学生思考摸索的机会很少。现在的机械零部件性能试验课程有48学时，一学年内完成。在设置上增加了一些创新性、设计性的实验。学生对每个实验都能充分投入，对实验仪器、实验原理等都能充分地熟悉了解，实际动手能力得到提高。在设计性、创新性实验上也给予充分的思考时间，以激发学生的创新思维。

3 采取以学生为主体、教师启发指导的实验教学形式，并以多媒体辅助教学

实验教学方法采用以学生为主体、教师启发指导的实验教学形式。要求学生做好实验预习，对实验中一些零部件的作用以及较为复杂零部件搭接方法采用多媒体进行讲解演示，使学生快速了解零部件功能，同时增加了学生设计方案的时间。每个实验都要求学生自己设计实验方案，经教师检查认可后确定方案的可行性和安全性。在实验中教师给予学生最大的自由度，放开手脚，使学生成为实验的主人。当学生遇到困难时，教师给以帮助或提示，并引导学生主动查找相关资料，从多角度、多渠道去观察和思考问题，不断进行探索和创新。

4 教学实践效果

两年机械零部件性能试验实验课程教学，已取得了良好的效果：

4.1 充分提高学生学习的积极性和自主性，同时也深化对本专业的感情

传统实验以教师讲解为主，学生多是在教师的指导下完成实验，造成许多知识点学生未能完全理解。通过机械零部件性能试验实验课程，学生在实验室的时间大大增加，能充分将理论知识与实际相结合，理论知识得到了巩固，并促使学生进一步思考与探索。同时对所学专业有了更深的了解，提高了对本专业的学习兴趣。

4.2 提高学生综合运用所学理论知识分析和解决实际问题的能力，同时也激发了学生的创新意识

实验的设置由简单到设计性、创新性的过渡，促使每个学生都能投入到实验中去。通过方案选择设计、传动系统优化设计、综合性能测试等，使学生将多门课程（机械原理、机械设计、控制理论、计算机语言等）的知识或多项单独开设的实验合成一项综合实验，所学理论知识得到全面系统的复习，同时提高了学生综合运用所学知识分析、解决实际问题的能力。通过对所设计的方案进行创新优化，能较好激发学生的创新设计意识，充分调动学生的学习创造性。

4.3 大大提高了实验设备的利用率及实验室的使用率

实验学时和实验项目的增加，让以前闲置的实验设备都得到充分利用。同时实验室也为学生提供了良好的创新实践活动条件，促使学生积极报名参加各类工程技术创新大赛，并充分利用实验室的资源进行方案的模拟运行。

4.4 培养学生认真、严谨、科学的工作作风和团队协作精神

由于大部分实验的实验条件和方法都由学生自己拟订，实验过程中往往会出现理论上可行，但实际做起来困难的情况，有的学生会出现急躁、心灰意冷的状态，指导教师应给予正确的引导和鼓励，使其及时调整心态，正确对待挫折，并积极思考。同时也要求学生能分工明确、互相协作，达到事半功倍的效果。通过实验学生的综合素质得到提高。

5 结束语

机械零部件性能试验课程实验已取得了一定的效果，但也存在着一些问题和困难，如教师的工作量加大、实验设备的维护与保养等问题。今后我们将不断进行探索和改革，进一步完善实验学时设置及教学方法的改革。

参考文献

[1] 胡宏佳，王世刚.机械原理与机械设计实验教学改革的探索与实践[J].实验室研究与探索，2010，7（29）：233-234.

[2] 吕宏，刘大力，杨春梅.谈“机械设计基础”实践教学中学生创新能力的培养[J].森林工程，2012，1（28）：87-88.

[3] 郭淑芳，吴健，刘红俊，尹中伟，徐斌.机械原理及机械设计实验教学中心开放实验教学实践[J].中国现代教学装备，2009（13）：84-85.

篇(7)

机械创新设计课程是机械类专业的一门重要专业课程。机械创新设计是指充分发挥设计者的创造力，利用人类已有的相关科学技术知识，进行创新构思[1]、设计出具有新颖性、创造性及实用性机械产品的一种实践活动。培养学生的机械创新能力和工程意识，拓宽学生的知识面，开阔技术视野，积累机械创新经验和实用性新结构的技术资料通过对机械创新设计课程教学的改革,取得了一定成效。

1、采用多媒体教学

通过制作电子课件，介绍机械创新设计的基础知识、基本理论和基本方法，使学生了解创新设计的概念及过程，了解创新与人类进步的关系，明确实现技术进步的途径，了解本课程的学习目的[1]、研究内容。提高了教学质量。

2．把全国机械创新设计比赛获奖作品

介绍给学生通过对机械学科的“原理创新”、“机构创新”、“结构创新”和“产品外观创新”等四大创新的介绍与实例展示，使学生掌握机械创新设计基本内容，增强机械创新设计意识和创新能力[2]。还通过介绍全国机械创新设计比赛获奖作品，大大地激发了学生的学习兴趣。这是2010年全国机械创新设计比赛广西区一等奖作品，危急现场无人探测小车。

3．抓住关键点

机械的创新过程要经历功能——机构——结构的思维过程[3]。机械结构设计就是将机构系统转化为机械实体系统。是机械创新设计成败关键之一。在讲述机械结构创新设计这一章时，抓住重点难点。重点是机械结构设计的概念与基本要求，构件的结构与创新设计。难点是机械结构的组合创新设计。通过实例突破难点。

4．通过讲解剖析目前的创造成果等具体实例，开阔同学的设计思路，扩大技术视野实例：可升降省力便携式轮椅设计

4.1设计思想及基本内容基于人性化设计思想，力求克服市面上产品的一些缺陷，对驱动方式进行了创新设计，同时设计出具有能够自我调节高度的轮椅座位。驱动方式从人机工程方面考虑，采用推杆形式使用户用力比较舒适、方便，同时利用杠杆原理，具有省力的功能。对于升降机构，其目的主要在于提高残疾人的自理能力，使其坐在轮椅上的上升后的高度约等于人正常站立的高度。同时要求轮椅尽可能的简单、方便、成本低廉，更具人性化。使残疾人的生活自理能力加强，同时享受到更加舒服，更具人性化的助残机械，也满足性能、成本方面的要求，使他们使用方便，携带方便，购买便宜。

4.2升降机构的设计

4.2.1升降机构的类型及比较(1)液压或气压驱动机构——通过液压缸或气缸来实现升降。(2)螺杆副机构——通过旋转螺母或螺杆来调节高度[4]。(3)叉杆机构——通过改变叉杆之间的角度来实现高度的调节。

4.2.2升降机构的方案确定通过对前三种方案的综合比较，在第三种方案的基础上，综合所需达到的简单、轻便、成本低的目标，设计了下述升降机构的方案，如图3所示。该机构中滑轮能够在滑道上滑动，使叉杆之间的角度可自由改变，通过转动摇臂2，使丝杆转动，从而调节a、b两点之间的距离以改变叉杆角度，实现高度调节。

4.3驱动方式的设计

4.3.1省力机构的方案比较与选择(1)曲柄滑块机构——结构较简单，但没有省力功能，效率较低，且不可实现前后运动的自由切换[5]。(2)棘轮机构——可实现将间歇往复运动转换为转动，但无法实现前后运动的自由调节。(3)摩擦棘轮机构——结构简单，可实现将间歇的往复运动转化为转动，但间歇运动机构运动时只有一个行程做功，另一个行程为无用功，即为间歇驱动，效率低。本设计采用两套摩擦棘轮机构，一套机构能够实现轮椅前进、后退、空挡、制动的切换；另一套机构实现间歇运动的连续驱动。

4.4本例设计特点：（1)升降机构可实现预定的升程，驱动摇臂所需力较小，驱动方式简单，舒适。（2)驱动摇杆使驱动轮前进的力很小，用力方式非常方便、舒适，采用棘轮机构可圆满实现前进、后退、空挡、制动，并且操作方便，可满足使用要求。同时主辅棘轮能够协调工作，使驱动摇杆能够连续驱动，达到提高效率与速度的目的。（3)轮椅可达到预期折叠功能，携带、储存方便。（4)轮椅制造成本低，可满足广大客户的需求。

5．创新实践实例：电动大门的设计

5.1电动大门的功能目标：实现大门的自动启闭

5.2设计要求：门宽为4!6米，门高为1.5!2米启闭时间为10秒左右。

5.3设计方案的构思：电动大门可分为平开门、推拉门和升降门。平开门可分为双扇平开门和四扇平开门；腿拉门可分为整体推拉门和伸缩推拉门；升降门可分为整体升降门和卷闸门。从评分情况看，单扇推拉门和伸缩门得分较高，实际情况也是这两种门应用最广泛。但从美观情况看，近期不锈钢制作的伸缩门应用的最广泛。